CN104843133B - 一种电动助力自行车力矩传感系统及电动助力自行车 - Google Patents

一种电动助力自行车力矩传感系统及电动助力自行车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电动助力自行车力矩传感系统及电动助力自行车，包括内齿圈6、行星轮系5、太阳轮输出轴2、压力转换装置9和信号处理元件8。所述内齿圈6、行星轮系5、太阳轮输出轴2依次啮合，其中，所述行星轮系5带动内齿圈6运动，并通过内齿圈6边缘的压力转换装置9将作用力信号传递给信号处理元件8。所述信号处理元件8将作用力信号转换成电信号传递给控制器，实现力矩反馈。因此解决了助力自行车爬坡时速度传感器所不适用的情形，此外这种系统结构简单紧凑，力矩数据稳定可靠，保证了骑行时的真实感和舒适性。

Description

一种电动助力自行车力矩传感系统及电动助力自行车
技术领域
本发明涉及力矩传感系统，尤其涉及一种电动助力自行车力矩传感系统及电动助力自行车。
背景技术
电动助力车，是指以蓄电池作为辅助能源在普通小型车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把、闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的交通工具。已经大批量普及的电动助力自行车普遍采用速度传感器，由于采集的是速度信号，脚踏板踩踏越快电机出力越大，这一特性决定速度信号的传感器不适合低速爬坡情况下使用，在爬坡情况下骑乘效果较差。
新一代传感系统采用力矩传感器，但是现有的力矩传感系统采用的是应变套或者应变片结构，是通过检测在踩踏力作用下中轴的变形量来采集力矩数据，由于应变套的加工工艺较复杂，一致性较难保证，且加工成本高昂。因此，针对现有的力矩传感系统，有必要降低其成本和力矩信号的可靠性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电动助力自行车力矩传感系统及电动助力自行车。
根据本发明提供的一种电动助力自行车力矩传感系统，包括依次啮合的内齿圈、行星轮系、太阳轮输出轴、压力转换装置和信号处理元件；所述内齿圈、行星轮系中的一个部件作为动力输入部件，另一个部件作为动力输出部件；所述压力转换装置，用于接受动力输出部件的施于的第一作用力，并以杠杆方式将第一作用力转化为第二作用力；所述信号处理元件，用于测量第二作用力的表现，并将测量结果转化为电信号输出。
优选地，所述压力转换装置包括摇杆、复位弹簧和定位销，其中，所述摇杆以所述定位销为支点，一端与所述动力输出部件相配合，另一端与所述复位弹簧相配合。
优选地，所述压力转换装置还包括限位结构，其中，所述限位结构设置在所述复位弹簧驱使所述摇杆转向的方位上，用来限制所述摇杆的位移。
优选地，所述摇杆的一端与动力输出部件相啮合，其中,动力输出部件的第一作用力通过扭矩作用在所述摇杆的一端上，所述摇杆以定位销为支点将力矩传向摇杆的另一端。
优选地，所述摇杆通过杠杆原理将所述第一作用力减小为第二作用力之后作用在所述复位弹簧上。
优选地，所述信号处理元件包括如下任一种装置：
-力敏电阻，具体地，所述摇杆的另一端对所述复位弹簧施以第二作用力，并通过所述复位弹簧将所述第二作用力传递给所述力敏电阻，所述力敏电阻将第二作用力转换成电信号；
-霍尔元件，具体地，所述摇杆的另一端对所述复位弹簧施加第二作用力以产生位移，霍尔元件将所述位移转换成位移信号，其中，所述霍尔元件安装在所述摇杆上，并且位于两个同性磁铁的中间。
优选地，所述内齿圈作为动力输出部件，所述行星轮系作为动力输入部件，其中，所述行星轮系带动所述内齿圈运动。
优选地，还包括固定支架，其中，所述内齿圈和所述行星轮系装配于所述固定支架，所述信号处理元件安装在所述固定支架上，所述摇杆的一端与所述内齿圈的边缘相配合。
优选地，所述内齿圈作为动力输入部件，所述行星轮系作为动力输出部件，其中，所述摇杆的一端与所述行星轮系的行星支架的边缘相配合。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、电动助力传感系统的结构更加紧凑，行星轮系与内齿圈之间的力矩传输信号稳定可靠。
2、通过摇杆控制力敏电阻或者霍尔元件转换压力信号来替代应变套和应变片，降低了生产成本，提高了信号的一致性。
3、有效解决了电动助力自行车在爬坡时，利用踩踏压力决定电机输出功率的难题。
4、电动助力传感系统能够广泛应用在不同的机械传动结构中，具有更广泛的使用范围。
5、应用这一系统的电动助力自行车具有更加真实的骑行体验，增加了骑行的舒适感。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明第一实施例的主视图；
图2是本发明第一实施例的A-A剖视图；
图3是本发明第一实施例中压力转换装置的局部放大视图；
图4是本发明第一实施例中压力转换装置的原理图；
图5是本发明第一实施例的立体结构图；
图6是本发明第二实施例的信号处理元件采用霍尔元件的结构图；
图中：
1-中轴
2-太阳轮输出轴
3-第一轴承
4-第二轴承
5-行星轮系
51-行星轮
52-行星销
53-行星支架
6-内齿圈
7-固定支架
8-信号处理元件
9-压力转换装置
91-定位销
92-摇杆
93-复位弹簧
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，为根据本发明第一实施例提供的电动助力传感系统，其中，包括中轴1、行星轮系5、太阳轮输出轴2、内齿圈6、压力转换装置9、信号处理元件8以及固定支架7。所述中轴1作为输入轴，所述中轴1与所述行星轮系5的行星支架53通过花键结构固定在一起，所述中轴1带动所述行星轮系5运动，所述行星轮系5与所述太阳轮输出轴2相对运动，所述内齿圈6与所述压力转换装置9相结合将作用在所述中轴1上的扭矩信号转换为压力信号，所述信号处理元件8将压力信号转换为电信号然后传输给控制器，最终实现力矩反馈。
所述固定支架7设有限位结构，用来限制压力转换装置9的位移，使摇杆92在复位弹簧93的作用下能准确地回到原位。摇杆92能够在复位位置与受力位置之间转动，当处于复位位置时，所述摇杆92被所述限位结构抵住，当处于受力位置时，所述摇杆92远离所述限位结构，在所述摇杆92与限位结构之间形成间隙。
在图3中，作为所述限位结构的挡块位于摇杆的动力输出臂一侧，而在一个变化例中，所述挡块可以位于摇杆的动力输入臂一侧，或者分别位于动力输入臂以及动力输出臂一侧。
所述中轴1与所述行星轮系5装配在一起，所述中轴1与所述太阳轮输出轴2通过第一轴承3和第二轴承4配合在一起，所述中轴作为力矩输入轴。
所述行星轮系5主要由行星齿轮51、行星销52和行星支架53组成，所述行星支架53通过花键结构与中轴1相连接。所述行星齿轮51通过所述行星销52与所述行星支架53连接在一起，所述行星支架53随着所述中轴1一起旋转，所述行星支架53上的行星齿轮51与所述太阳轮输出轴2相对旋转。
所述压力转换装置9包括定位销91、摇杆92和复位弹簧93，摇杆92以定位销91为支点，一端与所述内齿圈6相配合，另一端与所述复位弹簧93相配合，通过杠杆原理将所述内齿圈6的作用力按比例减小之后作用在所述信号处理元件8上。
如图3所示，所述压力信号处理元件8为力敏电阻，力敏电阻的原理是压力直接检测，将压力信号转换为电信号。具体地，所述摇杆的另一端对所述复位弹簧施以第二作用力，并通过所述复位弹簧将所述第二作用力传递给所述力敏电阻，所述力敏电阻将第二作用力转换成电信号。
如图4所示是本发明第一实施例提供的电动助力系统的压力转换装置原理，图中摇 杆92的一端与内齿圈6啮合，当内齿圈受到力矩作用时，扭矩推动所述摇杆92的一端以定位销91为支点转动；经过杠杆原理减小作用力后，摇杆92的另一端将第二作用力作用在复位弹簧93上；所述复位弹簧将压力传递给力敏电阻。优选地，内齿圈6设置有缺口，所述摇杆92的一端伸入于所述缺口内，从而实现啮合。
图6出示的是本发明的第二实施例，本领域技术人员可以将第二实施例理解为上述第一实施例的一个变化例，其与第一实施例的区别在于，在第二实施例中，所述压力信号处理元件8为霍尔元件，霍尔元件的原理是位移检测，在结构确定的情况下，扭矩和摇杆92位移是成线性关系的，通过霍尔元件将摇杆92位移信号转换为电信号，间接实现力矩检测。具体地，所述摇杆的另一端对所述复位弹簧施加第二作用力以产生位移，霍尔元件将所述位移转换成位移信号，其中，所述霍尔元件安装在所述摇杆上，并且位于两个同性磁铁的中间。当所述摇杆运动时，带动霍尔元件在磁铁间移动，因此产生电动势，电动势通过处理之后传输给控制器，实现力矩反馈。优选地，可以将所述复位位置作为电动势的零点位置。
综上所述，本发明提供了一种生产成本更低，信号更稳定的电动助力自行车力矩传感系统以及骑行更真实舒适的电动助力自行车。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种电动助力自行车力矩传感系统，包括依次啮合的内齿圈、行星轮系、太阳轮输出轴，其特征在于：
还包括压力转换装置、信号处理元件；
所述内齿圈、行星轮系中的一个部件作为动力输入部件，另一个部件作为动力输出部件；
所述压力转换装置，用于接受动力输出部件的施于的第一作用力，并以杠杆方式将第一作用力转化为第二作用力；
所述信号处理元件，用于测量第二作用力的表现，并将测量结果转化为电信号输出。
2.根据权利要求1所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述压力转换装置包括摇杆、复位弹簧和定位销，其中，所述摇杆以所述定位销为支点，一端与所述动力输出部件相配合，另一端与所述复位弹簧相配合。
3.根据权利要求2所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述压力转换装置还包括限位结构，其中，所述限位结构设置在所述复位弹簧驱使所述摇杆转向的方位上，用来限制所述摇杆的位移。
4.根据权利要求2所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述摇杆的一端与动力输出部件相啮合，其中,动力输出部件的第一作用力通过扭矩作用在所述摇杆的一端上，所述摇杆以定位销为支点将力矩传向摇杆的另一端。
5.根据权利要求2所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述摇杆通过杠杆原理将所述第一作用力减小为第二作用力之后作用在所述复位弹簧上。
6.根据权利要求2所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述信号处理元件包括如下任一种装置：
-力敏电阻，具体地，所述摇杆的另一端对所述复位弹簧施以第二作用力，并通过所述复位弹簧将所述第二作用力传递给所述力敏电阻，所述力敏电阻将第二作用力转换成电信号；
-霍尔元件，具体地，所述摇杆的另一端对所述复位弹簧施加第二作用力以产生位移，霍尔元件将所述位移转换成位移信号，其中，所述霍尔元件安装在所述摇杆上，并且位于两个同性磁铁的中间。
7.根据权利要求6所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述内齿圈作为动力输出部件，所述行星轮系作为动力输入部件，其中，所述行星轮系带动所述内齿圈运动。
8.根据权利要求6所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：还包括固定支架，其中，所述内齿圈和所述行星轮系装配于所述固定支架，所述信号处理元件安装在所述固定支架上，所述摇杆的一端与所述内齿圈的边缘相配合。
9.根据权利要求6所述的电动助力自行车力矩传感系统，其特征在于：所述内齿圈作为动力输入部件，所述行星轮系作为动力输出部件，其中，所述摇杆的一端与所述行星轮系的行星支架的边缘相配合。
10.一种电动助力自行车，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的电动助力自行车力矩传感系统。
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